KR20210156929A - 하이브리드 차량의 파워트레인 - Google Patents

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KR20210156929A
KR20210156929A KR1020200074489A KR20200074489A KR20210156929A KR 20210156929 A KR20210156929 A KR 20210156929A KR 1020200074489 A KR1020200074489 A KR 1020200074489A KR 20200074489 A KR20200074489 A KR 20200074489A KR 20210156929 A KR20210156929 A KR 20210156929A
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KR
South Korea
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planetary gear
gear device
rotating element
compound
hybrid vehicle
Prior art date
Application number
KR1020200074489A
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English (en)
Inventor
심휴태
조봉현
전재영
최병대
김형민
김진용
황광수
강준성
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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    • F16H3/46—Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H3/663—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with conveying rotary motion between axially spaced orbital gears, e.g. RAVIGNEAUX
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/666—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with compound planetary gear units, e.g. two intermeshing orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K2006/381—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
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Abstract

본 발명은 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치; 엔진과 연결되고, 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축; 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소에 연결된 모터제너레이터; 상기 복합유성기어장치의 제2회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크; 상기 복합유성기어장치의 제3회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크; 상기 복합유성기어장치의 제4회전요소에 연결된 출력축을 포함하여 구성된다.

Description

하이브리드 차량의 파워트레인{POWERTRAIN FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 본 발명은 하이브리드 차량의 파워트레인 구조에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진의 동력과 전기 모터의 동력을 적절히 조합하는 파워트레인을 탑재하여, 차량에서 요구되는 동력성능을 발휘하면서도, 연비를 향상시킬 수 있도록 한다.
상기와 같은 하이브리드 차량의 파워트레인은 가급적 소요되는 부품수가 적고, 간단한 구성으로 이루어지면서도 가급적 다수의 변속단을 구현하여 엔진의 연비를 향상시키면서 차량에서 요구하는 동력성능을 구현할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020090132758 A
본 발명은 가급적 소요되는 부품수가 적고, 간단한 구성으로 이루어져 소요비용이 저감되고 차량 탑재성이 우수하면서도, 가급적 다수의 변속단을 구현하여 엔진의 연비를 향상시키면서 차량에서 요구하는 동력성능을 충분히 구현할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 파워트레인을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인은,
4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치;
엔진과 연결되고, 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축;
상기 복합유성기어장치의 제1회전요소에 연결된 모터제너레이터;
상기 복합유성기어장치의 제2회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크;
상기 복합유성기어장치의 제3회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크;
상기 복합유성기어장치의 제4회전요소에 연결된 출력축;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소 사이에는 제1클러치가 구비되고;
상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제2회전요소 사이에는 제2클러치가 구비될 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 레비뉴 타입 유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 캐리어로 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제2선기어로 이루어지고;
상기 제4회전요소는 링기어로 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제2유성기어장치의 제2선기어로 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2링기어가 연결되어 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 더블피니언의 제1유성기어장치와 싱글피니언의 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 상기 모터제너레이터 사이에는 제3클러치가 더 구비되고;
상기 제3클러치는 상기 제1회전요소와 입력축 사이에서 상기 제1클러치와 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인은,
4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치;
엔진과 연결되고, 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축;
상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제3회전요소에 각각 독립적으로 연결될 수 있도록 설치된 모터제너레이터;
상기 복합유성기어장치의 제2회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크;
상기 복합유성기어장치의 제3회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크;
상기 복합유성기어장치의 제4회전요소에 연결된 출력축;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 모터제너레이터는 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제3회전요소에 투웨이 기구를 통해 연결되고;
상기 투웨이 기구는, 유압에 의해 구동되는 2개의 서로 다른 피스톤에 의해 상기 모터제너레이터를 상기 제1회전요소와 제3회전요소에 독립적으로 연결시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 투웨이 기구는
상기 모터제너레이터에 연결되는 리테이너;
상기 제1회전요소에 연결되는 제1허브;
상기 제2회전요소에 연결되는 제2허브;
상기 리테이너에서 직선 슬라이딩하여 상기 제1허브에 치합되도록 설치된 제1피스톤;
상기 리테이너에서 직선 슬라이딩하여 상기 제2허브에 치합되도록 설치된 제2피스톤;
상기 리테이너와 제1피스톤 및 제2피스톤을 감싸면서, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 구동시키는 유압을 제공하도록 설치된 케이스;
를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소 사이에는 제1클러치가 구비되고;
상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제2회전요소 사이에는 제2클러치가 구비될 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 레비뉴 타입 유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 캐리어로 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제2선기어로 이루어지고;
상기 제4회전요소는 링기어로 이루어질 수 있다.
상기 복합유성기어장치는 더블피니언의 제1유성기어장치와 싱글피니언의 제2유성기어장치로 이루어지며;
상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어질 수 있다.
본 발명은 가급적 소요되는 부품수가 적고, 간단한 구성으로 이루어져 소요비용이 저감되고 차량 탑재성이 우수하면서도, 가급적 다수의 변속단을 구현하여 엔진의 연비를 향상시키면서 차량에서 요구하는 동력성능을 충분히 구현할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제1실시예를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제2실시예를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제3실시예를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제4실시예를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제5실시예를 도시한 구성도,
도 6은 제1실시예 내지 제5실시예에 적용 가능한 작동모드표,
도 7은 도 6의 엔진모드를 제1실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 8은 도 6의 e-CVT모드를 제1실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 9는 도 6의 EV모드를 제1실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제6실시예를 도시한 구성도,
도 11은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제7실시예를 도시한 구성도,
도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제8실시예를 도시한 구성도,
도 13은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제9실시예를 도시한 구성도,
도 14는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제10실시예를 도시한 구성도,
도 15는 제6실시예 내지 제10실시예에 적용 가능한 작동모드표,
도 16은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제11실시예를 도시한 구성도,
도 17은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제12실시예를 도시한 구성도,
도 18는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제13실시예를 도시한 구성도,
도 19은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워트레인의 제14실시예를 도시한 구성도,
도 20은 제11실시예 내지 제14실시예에 사용될 수 있는 투웨이 기구의 구성을 예시한 도면,
도 21은 제11실시예 내지 제14실시예에 적용 가능한 작동모드표,
도 22는 도 21의 엔진모드를 제11실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 23은 도 21의 e-CVT1모드를 제11실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 24는 도 21의 e-CVT2모드를 제11실시예에 적용한 경우의 속도선도,
도 25는 도 21의 EV모드를 제11실시예에 적용한 경우의 속도선도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인의 제1실시예 내지 제5실시예는 공통적으로, 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치(CPG); 엔진(ENG)과 연결되고, 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)와 제2회전요소(E2)에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축(IN); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)에 연결된 모터제너레이터(MG); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제2회전요소(E2)를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크(B1); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제3회전요소(E3)를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크(B2); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제4회전요소(E4)에 연결된 출력축(OUT)을 포함하여 구성된다.
상기 입력축(IN)과 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1) 사이에는 제1클러치(CL1)가 구비되고, 상기 입력축(IN)과 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제2회전요소(E2) 사이에는 제2클러치(CL2)가 구비된다.
참고로, 상기 제1브레이크(B1) 및 제2브레이크(B2)는 변속기케이스(CS)에 연결된다.
도 1의 제1실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어진다.
참고로, 여기서 단순히 '유성기어장치'라 함은 싱글피니언 유성기어장치를 의미하고, 더블피니언 유성기어장치는 별도로 더블피니언임을 언급하도록 한다. 따라서, 상기 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)는 각각 3개의 회전요소를 구비한 싱글피니언 유성기어장치이다.
도 2의 제2실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어진다.
도 3의 제3실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 레비뉴 타입(Ravigneaux Type) 유성기어장치로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 캐리어(C)로 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제2선기어(S2)로 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 링기어로 이루어진다.
도 4의 제4실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)로 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)가 연결되어 이루어진다.
도 5의 제5실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 더블피니언의 제1유성기어장치(PG1)와 싱글피니언의 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어진다.
상기 제1실시예 내지 제5실시예는 모두 도 6과 같은 작동모드표를 적용하여 작동시킬 수 있는 바, 엔진의 동력으로 차량이 구동되는 1단 내지 4단을 구현하는 엔진모드, 엔진이 구동되는 상태에서 모터제너레이터(MG)의 동력을 가변하여 연속적인 변속비 변화가 가능한 e-CVT모드(electric Continuous Variable Transmission MODE), 모터제너레이터(MG)의 동력만으로 차량을 구동하는 1단 및 2단을 구현하는 EV모드, 정차중 충전이 가능한 정차중 충전 모드 등을 구현할 수 있다.
참고로, 상기 엔진모드는 모터제너레이터(MG)를 함께 구동하여 동력을 보조할 수 있는 바, 패러렐모드라고도 불릴 수 있다.
참고로, 도 7 내지 도 9는 상기 도 6의 작동모드표를 제1실시예에 적용하였을 때, 각 작동모드의 속도선도를 예시한 것이다.
한편, 상기 도 1 내지 도 5의 제1실시예 내지 제5실시예는 각각 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)와 상기 모터제너레이터(MG) 사이에 제3클러치(CL3)를 더 구비하고, 상기 제3클러치(CL3)는 상기 제1회전요소(E1)와 입력축(IN) 사이에서 상기 제1클러치(CL1)와 직렬로 연결되도록 배치하여, 각각 제6실시예 내지 제10실시예로 변경할 수 있는 바, 도 10 내지 도 14에 상기 제6실시예 내지 제10실시예가 차례로 도시되어 있다.
상기한 바와 같이 제6실시예 내지 제10실시예는 각각 상기 제1실시예 내지 제5실시예와 거의 동일하고, 상기 제3클러치(CL3)를 더 구비한 점만 상이하며, 작동모드표는 도 15와 같다.
즉, 상기 제6실시예 내지 제10실시예는, 엔진모드 4단 주행 시, 상기 제3클러치(CL3)를 해제하여, 모터제너레이터(MG)가 높은 회전수로 회전되어야 하는 상황을 회피할 수 있도록 한다.
한편, 도 16 내지 도 19를 참조하면, 본 발명 하이브리드 차량의 파워트레인의 제11실시예 내지 제14실시예는 공통적으로, 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치(CPG); 엔진(ENG)과 연결되고, 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)와 제2회전요소(E2)에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축(IN); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)와 제3회전요소(E3)에 각각 독립적으로 연결될 수 있도록 설치된 모터제너레이터(MG); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제2회전요소(E2)를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크(B1); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제3회전요소(E3)를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크(B2); 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제4회전요소(E4)에 연결된 출력축(OUT)을 포함하여 구성된다.
상기 모터제너레이터(MG)는 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1)와 제3회전요소(E3)에 투웨이 기구(Two Way Device; TWD)를 통해 연결되고, 상기 투웨이 기구(TWD)는, 유압에 의해 구동되는 2개의 서로 다른 피스톤에 의해 상기 모터제너레이터(MG)를 상기 제1회전요소(E1)와 제3회전요소(E3)에 독립적으로 연결시킬 수 있도록 구성된다.
예컨대, 상기 투웨이 기구(TWD)는 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 모터제너레이터(MG)에 연결되는 리테이너(1); 상기 제1회전요소(E1)에 연결되는 제1허브(3); 상기 제2회전요소(E2)에 연결되는 제2허브(5); 상기 리테이너(1)에서 직선 슬라이딩하여 상기 제1허브(3)에 치합되도록 설치된 제1피스톤(7); 상기 리테이너(1)에서 직선 슬라이딩하여 상기 제2허브(5)에 치합되도록 설치된 제2피스톤(9); 상기 리테이너(1)와 제1피스톤(7) 및 제2피스톤(9)을 감싸면서, 상기 제1피스톤(7)과 제2피스톤(9)을 구동시키는 유압을 제공하도록 설치된 케이스(11)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 리테이너(1)에는 상기 제1피스톤(7)의 이동 범위를 제한하도록 제1스토퍼(13)와 제1스냅링(15)이 구비되고, 상기 제2피스톤(9)의 이동 범위를 제한하도록 제2스토퍼(17)와 제2스냅링(19)이 구비되며, 상기 제1피스톤(7), 제2피스토, 제1스토퍼(13), 제2스토퍼(17)에는 유밀을 위한 씰링(seal ring; 21)이 각각 구비되어 있다.
도 20에서 제1피스톤(7)은 제1허브(3)에 치합되어 모터제너레이터(MG)의 동력을 리테이너(1)와 제1허브(3)를 통해 제1회전요소(E1)로 전달할 수 있는 상태이고, 제2피스톤(9)은 제2허브(5)와 분리되어 있는 상태이다.
위 상태에서, 유압A를 공급하고 유압B를 해제하면, 상기 제1피스톤(7)은 상기 제1허브(3)로부터 분리되며, 반대로 유압B를 공급하고 유압A를 해제하면, 상기 제1피스톤(7)은 상기 제1허브(3)로 결합된다.
한편, 유압C를 공급하고 유압D를 해제하면, 상기 제2피스톤(9)은 상기 제2허브(5)에 결합되어, 상기 모터제너레이터(MG)의 동력을 상기 제3회전요소(E3)로 전달할 수 있는 상태가 되고, 반대로 유압C를 해제하면서 유압D를 공급하면, 상기 제2피스톤(9)을 상기 제2허브(5)로부터 분리할 수 있다.
이와 같이 상기 투웨이 기구(TWD)는 상기 모터제너레이터(MG)를 상기 제1회전요소(E1) 또는 제3회전요소(E3)에 각각 연결하거나 차단시킬 수 있으며, 상기 제1회전요소(E1) 및 제3회전요소(E3) 모두에 연결시키거나 차단시킬 수 있는 독립적인 제어성을 가지고 있다.
상기 입력축(IN)과 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제1회전요소(E1) 사이에는 제1클러치(CL1)가 구비되고, 상기 입력축(IN)과 상기 복합유성기어장치(CPG)의 제2회전요소(E2) 사이에는 제2클러치(CL2)가 구비된다.
이상은 상기 제11실시예 내지 제14실시예에 공통적인 구성이며, 각 실시예의 복합유성기어장치(CPG) 구조는 서로 상이하다.
도 16의 제11실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어진다.
도 17의 제12실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 제1유성기어장치(PG1)와 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어진다.
도 18의 제13실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 레비뉴 타입 유성기어장치로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 캐리어(C)로 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제2선기어(S2)로 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 링기어로 이루어진다.
도 19의 제14실시예에서, 상기 복합유성기어장치(CPG)는 더블피니언의 제1유성기어장치(PG1)와 싱글피니언의 제2유성기어장치(PG2)로 이루어지며; 상기 제1회전요소(E1)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1선기어(S1)로 이루어지고; 상기 제2회전요소(E2)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1링기어(R1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2캐리어(C2)가 연결되어 이루어지며; 상기 제3회전요소(E3)는 제1유성기어장치(PG1)의 제1캐리어(C1)와 제2유성기어장치(PG2)의 제2선기어(S2)가 연결되어 이루어지고; 상기 제4회전요소(E4)는 제2유성기어장치(PG2)의 제2링기어(R2)로 이루어진다.
즉, 제11실시예의 복합유성기어장치(CPG)는 제1실시예의 것과 동일하고, 제12실시예의 복합유성기어장치(CPG)는 제2실시예의 것과 동일하며, 제13실시예의 복합유성기어장치(CPG)는 제3실시예의 것과 동일하고, 제14실시예의 복합유성기어장치(CPG)는 제5실시예의 것과 동일한 것이다.
상기 제11실시예 내지 제14실시예에서, 제1피스톤(7)이 제1허브(3)와 연결되거나 차단되는 클러치 기능을 D1으로 표시하고, 제2피스톤(9)이 제2허브(5)와 연결되거나 차단되는 클러치 기능을 D2로 표시하면, 상기 실시예들은 도 21과 같은 작동모드표를 적용하여 사용할 수 있다.
즉, 엔진(ENG)의 동력으로 차량이 구동되는 1단 내지 4단을 구현하는 엔진(ENG)모드, 엔진(ENG)이 구동되는 상태에서 모터제너레이터(MG)의 동력을 가변하여 연속적인 변속비 변화가 가능한 e-CVT1모드(electric Continuous Variable Transmission 1 MODE) 및 e-CVT2모드, 모터제너레이터(MG)의 동력만으로 차량을 구동하는 1단 내지 3단을 구현하는 EV모드, 정차 중 충전이 가능한 정차중 충전 모드 등을 구현할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 e-CVT2모드는 상기 투웨이 기구(TWD)의 추가에 의해 구현이 가능하며, 이로 인해 차량의 고속 구간에서 모터제너레이터(MG)의 효율을 향상시킬 수 있어서, 궁극적으로 차량의 연비 향상이 가능하게 된다.
또한, EV3단이 추가적으로 구현되고, 3단 회생제동이 가능하여 차량의 연비 향상에 기여할 수 있다.
상기 도 16의 제11실시예에 상기 도 21의 작동모드표를 적용하였을 때, 각 작동모드의 속도선도는 도 22 내지 도 25와 같다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
CPG; 복합유성기어장치
ENG; 엔진
E1; 제1회전요소
E2; 제2회전요소
E3; 제3회전요소
E4; 제4회전요소
IN; 입력축
OUT; 출력축
MG; 모터제너레이터
B1; 제1브레이크
B2; 제2브레이크
CL1; 제1클러치
CL2; 제2클러치
CL3; 제3클러치
PG1; 제1유성기어장치
PG2; 제2유성기어장치
TWD; 투웨이 기구
1; 리테이너
3; 제1허브
5; 제2허브
7; 제1피스톤
9; 제2피스톤
11; 케이스
13; 제1스토퍼
15; 제1스냅링
17; 제2스토퍼
19; 제2스냅링

Claims (16)

  1. 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치;
    엔진과 연결되고, 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축;
    상기 복합유성기어장치의 제1회전요소에 연결된 모터제너레이터;
    상기 복합유성기어장치의 제2회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크;
    상기 복합유성기어장치의 제3회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크;
    상기 복합유성기어장치의 제4회전요소에 연결된 출력축;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소 사이에는 제1클러치가 구비되고;
    상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제2회전요소 사이에는 제2클러치가 구비된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 레비뉴 타입 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 캐리어로 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제2선기어로 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제2유성기어장치의 제2선기어로 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2링기어가 연결되어 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 더블피니언의 제1유성기어장치와 싱글피니언의 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 상기 모터제너레이터 사이에는 제3클러치가 더 구비되고;
    상기 제3클러치는 상기 제1회전요소와 입력축 사이에서 상기 제1클러치와 직렬로 연결된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  9. 4개의 회전요소를 구비한 복합유성기어장치;
    엔진과 연결되고, 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제2회전요소에 각각 선택적으로 연결될 수 있도록 설치된 입력축;
    상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제3회전요소에 각각 독립적으로 연결될 수 있도록 설치된 모터제너레이터;
    상기 복합유성기어장치의 제2회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제1브레이크;
    상기 복합유성기어장치의 제3회전요소를 고정할 수 있도록 설치된 제2브레이크;
    상기 복합유성기어장치의 제4회전요소에 연결된 출력축;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 모터제너레이터는 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소와 제3회전요소에 투웨이 기구를 통해 연결되고;
    상기 투웨이 기구는, 유압에 의해 구동되는 2개의 서로 다른 피스톤에 의해 상기 모터제너레이터를 상기 제1회전요소와 제3회전요소에 독립적으로 연결시킬 수 있도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 투웨이 기구는
    상기 모터제너레이터에 연결되는 리테이너;
    상기 제1회전요소에 연결되는 제1허브;
    상기 제2회전요소에 연결되는 제2허브;
    상기 리테이너에서 직선 슬라이딩하여 상기 제1허브에 치합되도록 설치된 제1피스톤;
    상기 리테이너에서 직선 슬라이딩하여 상기 제2허브에 치합되도록 설치된 제2피스톤;
    상기 리테이너와 제1피스톤 및 제2피스톤을 감싸면서, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 구동시키는 유압을 제공하도록 설치된 케이스;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제1회전요소 사이에는 제1클러치가 구비되고;
    상기 입력축과 상기 복합유성기어장치의 제2회전요소 사이에는 제2클러치가 구비된 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 제1유성기어장치와 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 레비뉴 타입 유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 캐리어로 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제2선기어로 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 복합유성기어장치는 더블피니언의 제1유성기어장치와 싱글피니언의 제2유성기어장치로 이루어지며;
    상기 제1회전요소는 제1유성기어장치의 제1선기어로 이루어지고;
    상기 제2회전요소는 제1유성기어장치의 제1링기어와 제2유성기어장치의 제2캐리어가 연결되어 이루어지며;
    상기 제3회전요소는 제1유성기어장치의 제1캐리어와 제2유성기어장치의 제2선기어가 연결되어 이루어지고;
    상기 제4회전요소는 제2유성기어장치의 제2링기어로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워트레인.
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